JP2767124B2 - Electrodes for analysis / test / measurement and enzyme sensors using them - Google Patents
Electrodes for analysis / test / measurement and enzyme sensors using themInfo
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Description
【発明の詳細な説明】 [産業上の利用分野] 本発明は、感度が高く、使用範囲が広く、小型化も容
易で、生体適合性にすぐれた電極およびこの電極を使用
した酵素センサーに関する。Description: TECHNICAL FIELD The present invention relates to an electrode having high sensitivity, a wide range of use, easy size reduction, and excellent biocompatibility, and an enzyme sensor using the electrode.
[従来の技術と発明が解決しようとする課題] 従来、酵素を固定した膜と電極とで電子移行を行なわ
せ、酵素反応を検出する酵素センサーが検討されてい
る。[Prior Art and Problems to be Solved by the Invention] Conventionally, an enzyme sensor that detects an enzymatic reaction by transferring electrons between a membrane on which an enzyme is immobilized and an electrode has been studied.
しかしながら、酵素センサーにおける電気化学的反
応、生化学的反応の測定用電極としては従来から金属や
炭素材料が用いられているが、耐蝕性や安定性、生体適
合性、小型化等の点で適当なものがない。However, metals and carbon materials are conventionally used as electrodes for measuring electrochemical and biochemical reactions in enzyme sensors, but they are suitable for corrosion resistance, stability, biocompatibility, miniaturization, etc. There is nothing.
また、一般に従来の酵素センサーは感度が低く、安定
性も悪いと言う問題点がある。In addition, conventional enzyme sensors generally have low sensitivity and poor stability.
具体的には、膜中にGOD(グルコースオキシダーゼ)
を固定し、消費する酸素、あるいは生成する過酸化水素
をモニターする酵素センサーでは、感度が低い、安定性
が悪い、使用制限があるなど、問題点が多い。Specifically, GOD (glucose oxidase)
Enzyme sensors that fix oxygen and monitor the consumed oxygen or the generated hydrogen peroxide have many problems such as low sensitivity, poor stability, and limited use.
さらに酵素反応によってpHが変化する現象を利用する
FETバイオセンサーも、感度が低いばかりでなく、H+を
放出するものしか使用することができないと言う難点が
ある。Utilize the phenomenon that pH changes by enzymatic reaction
FET biosensors have the drawback that not only are they low in sensitivity, but only those that release H + can be used.
ところで、ダイヤモンドの特性に着目した電気化学的
試験・分析用電極として、イオン注入により導電性を付
加したダイヤモンドからなる電極が知られている(特開
昭58−160860号公報)。Meanwhile, as an electrode for electrochemical testing and analysis focusing on the characteristics of diamond, an electrode made of diamond added with conductivity by ion implantation is known (Japanese Patent Application Laid-Open No. 58-160860).
しかし、この電極は、ダイヤモンドの表面を改質して
導電性を付与するものであるが、電極の導電性において
均質性に劣り、精度が低いうえに、電流の取り出しが困
難である。However, this electrode, which modifies the surface of diamond to provide conductivity, has poor homogeneity in the conductivity of the electrode, has low accuracy, and has difficulty in extracting current.
[発明の目的] 本発明の目的は、感度が高く、使用範囲が広く、電流
の取り出しも容易で、生体適合性にすぐれた酵素センサ
ーを始めとする各種電気化学的分析・試験・計測用等電
極とこれを使用した酵素センサー提供することにある。[Object of the Invention] An object of the present invention is to provide various kinds of electrochemical analysis, testing, and measurement including enzyme sensors having high sensitivity, a wide range of use, easy current extraction, and excellent biocompatibility. An electrode and an enzyme sensor using the same.
[前記目的を達成するための手段] 本発明の酵素センサーは、気相法により基体上に形成
した不純物混入導電性ダイヤモンド類からなる分析・試
験・計測用等電極であり、 また、気相法で基体上に形成した不純物混入導電性ダ
イヤモンド類電極を、酵素含有導電性樹脂層で被覆して
なることを特徴とする酵素センサーである。[Means for Achieving the Object] The enzyme sensor of the present invention is an electrode for analysis / test / measurement made of conductive diamond containing impurities formed on a substrate by a gas phase method. An enzyme sensor characterized in that an impurity-containing conductive diamond electrode formed on a substrate is coated with an enzyme-containing conductive resin layer.
以下、本発明について詳述する。 Hereinafter, the present invention will be described in detail.
−基体− この電極または酵素センサーにおける基体としては、
絶縁性、耐熱性を備え、しかもその表面上にダイヤモン
ド類層の形成可能なものであれば、特に制限がなく、目
的に応じて適宜に選定することができる。-Substrate-As a substrate in the electrode or the enzyme sensor,
There is no particular limitation as long as it has insulation properties and heat resistance and can form a diamond layer on its surface, and it can be appropriately selected according to the purpose.
前記基体として、たとえばシリコン、マンガン、バナ
ジウム、タリウム、アルミニウム、チタン、タングステ
ン、モリブデン、ゲルマニウムおよびクロムなどの金属
の酸化物、窒化物および炭化物、Al2O3−Fe系、TiC−Ni
系、TiC−Co系およびB4C−Fe系等のサーメットならびに
各種セラミックス等を挙げることができる。Examples of the substrate include oxides, nitrides and carbides of metals such as silicon, manganese, vanadium, thallium, aluminum, titanium, tungsten, molybdenum, germanium, and chromium, Al 2 O 3 —Fe, and TiC—Ni.
System, may be mentioned TiC-Co based and B 4 C-Fe system or the like of the cermet and various ceramics.
これらの中でも好ましいのは、SiO2である。Among them, SiO 2 is preferable.
なお、これらの基体は、気相合成法で形成されたダイ
ヤモンド類電極との密着性をさらに向上させるための表
面処理もしくはコーティング処理が施されていてもよ
く、また、たとえばアルミナ、シリコン等の絶縁性中間
層を設けても良く、このような処理を適宜施すことによ
ってダイヤモンド類電極と基体との密着性等をさらに向
上させることもできる。These substrates may be subjected to a surface treatment or a coating treatment for further improving the adhesion to a diamond electrode formed by a vapor phase synthesis method. An intermediate layer may be provided, and by appropriately performing such a treatment, the adhesion between the diamond electrode and the substrate can be further improved.
基体の形状についても特に制限がないのであるが、通
常は平板状である。Although there is no particular limitation on the shape of the substrate, it is usually a flat plate.
−不純物混入導電性ダイヤモンド類電極− 本発明の電極または酵素センサーは、不純物混入導電
性ダイヤモンド類電極を有する。-Impurity-conducting conductive diamond electrode-The electrode or enzyme sensor of the present invention has an impurity-conducting conductive diamond electrode.
不純物混入導電性ダイヤモンド類電極は、ダイヤモン
ド類層中にドーピングされた不純物を含有する。The impurity-containing conductive diamond electrode contains impurities doped in the diamond layer.
前記不純物として、たとえば、B、Al、Ga、Inおよび
Tl等の周期表第III b族元素やN、P、Sb、Bi等の周期
表第V b族元素を挙げることができる。As the impurities, for example, B, Al, Ga, In and
Examples include Group IIIb elements of the periodic table such as Tl and Group Vb elements of the periodic table such as N, P, Sb, and Bi.
これらの中でも好ましいのは、Bである。 Among these, B is preferable.
この不純物混入導電性ダイヤモンド類電極の厚みは、
通常、1,000〜10μmであり、特に2,000〜5,000Åであ
る。The thickness of the impurity-containing conductive diamond electrode is
Usually, it is 1,000 to 10 μm, especially 2,000 to 5,000 mm.
−不純物混入導電性ダイヤモンド類層の形成− 不純物含有導電性ダイヤモンド類層は次のようにして
形成することができる。-Formation of impurity-containing conductive diamond layer-The impurity-containing conductive diamond layer can be formed as follows.
すなわち、第III b族元素あるいは第V b族元素の単体
および/またはその化合物の少なくとも一種を含有する
炭素源ガスを励起して得られるガスを、基体と接触させ
る。That is, a gas obtained by exciting a carbon source gas containing a simple substance of a group IIIb element or a group Vb element and / or at least one of its compounds is brought into contact with a substrate.
使用に供される前記炭素源ガスに含有される前記周期
表第III b族元素あるいは第V b族元素の単体およびその
化合物の少なくとも一種は、通常、ドーパントガスとし
て使用に供される。The simple substance of the group IIIb element or the group Vb element of the periodic table and at least one compound thereof contained in the carbon source gas to be used are usually used as a dopant gas.
前記第III b族元素あるいは第V b族元素の単体として
は前述のとおりである。The simple substance of the group IIIb element or the group Vb element is as described above.
また、それらの化合物としては、たとえばB、Al、G
a、In、Tl、B2H6、B4H10、CH3BCl2、[(CH3)AlBr2]
2、CH3)2Al Cl、[(CH3)3Al]2、Ga2H6、(CH3)3
Ga、(CH3)2GaBH4、(CH3)3In、(CH3)3Tl、N2、N
H3、PH3、AsH3、N2H4、CH3AsBr2、CH3AsH2、(CH3)3A
s、(CH3)3Bi、SbH3、ClCH2SbCl、CH3SbH2、(CF3)3S
bなどが挙げられる。Examples of such compounds include B, Al, G
a, In, Tl, B 2 H 6, B 4 H 10, CH 3 BCl 2, [(CH 3) AlBr 2]
2 , CH 3 ) 2 Al Cl, [(CH 3 ) 3 Al] 2 , Ga 2 H 6 , (CH 3 ) 3
Ga, (CH 3 ) 2 GaBH 4 , (CH 3 ) 3 In, (CH 3 ) 3 Tl, N 2 , N
H 3, PH 3, AsH 3 , N 2 H 4, CH 3 AsBr 2, CH 3 AsH 2, (CH 3) 3 A
s, (CH 3 ) 3 Bi, SbH 3 , ClCH 2 SbCl, CH 3 SbH 2 , (CF 3 ) 3 S
b and the like.
前記第III b族元素の単体および第V b族元素の単体な
らびにその化合物は一種単独で使用してもよいし、二種
以上を併用してもよい。The simple substance of the group IIIb element, the simple substance of the group Vb element and the compound thereof may be used alone or in combination of two or more.
前記炭素源ガスは前記第III b族元素の単体および/
またはその化合物の少なくとも一種とともに、炭素原料
を含有する。The carbon source gas is a simple substance of the group IIIb element and / or
Alternatively, a carbon raw material is contained together with at least one of the compounds.
前記炭素原料としては、各種炭化水素、含ハロゲン化
合物、含酸素化合物、含窒素化合物等のガスを使用する
ことができる。As the carbon raw material, gases such as various hydrocarbons, halogen-containing compounds, oxygen-containing compounds, and nitrogen-containing compounds can be used.
炭化水素化合物としては、例えばメタン、エタン、プ
ロパン、ブタン等のパラフィン系炭化水素;エチレン、
プロピレン、ブチレン等のオレフィン系炭化水素;アセ
チレン、アリレン等のアセチレン系炭化水素;ブタジエ
ン等のジオレフィン系炭化水素;シクロプロパン、シク
ロブタン、シクロペンタン、シクロヘキサン等の脂環式
炭化水素;シクロブタジエン、ベンゼン、トルエン、キ
シレン、ナフタレン等の芳香族炭化水素;塩化メチル、
臭化メチル、塩化メチレン、四塩化炭素等のハロゲン化
炭化水素などを挙げることができる。Examples of the hydrocarbon compound include paraffinic hydrocarbons such as methane, ethane, propane, and butane; ethylene,
Olefin hydrocarbons such as propylene and butylene; acetylene hydrocarbons such as acetylene and allylene; diolefin hydrocarbons such as butadiene; alicyclic hydrocarbons such as cyclopropane, cyclobutane, cyclopentane and cyclohexane; cyclobutadiene, benzene , Toluene, xylene, aromatic hydrocarbons such as naphthalene; methyl chloride,
Examples thereof include halogenated hydrocarbons such as methyl bromide, methylene chloride, and carbon tetrachloride.
含酸素化合物としては、例えばアセトン、ジエチルケ
トン、ベンゾフェノン等のケトン類;メタノール、エタ
ノール、プロパノール、ブタノール等のアルコール類;
メチルエーテル、エチルエーテル、エチルメチルエーテ
ル、メチルプロピルエーテル、エチルプロピルエーテ
ル、フェノールエーテル、アセタール、環式エーテル
(ジオキサン、エチレンオキシド等)のエーテル類;ア
セトン、ピナコリン、メチルオキシド、芳香族ケトン
(アセトフェノン、ベンゾフェノン等)、ジケトン、環
式ケトン等のケトン類;ホルムアルデヒド、アセトアル
デヒド、ブチルアルデヒド、ベンズアルデヒド等のアル
デヒド類;ギ酸、酢酸、プロピオン酸、コハク酸、酪
酸、シュウ酸、酒石酸、ステアリン酸等の有機酸類;酢
酸メチル、酢酸エチル等の酸エステル類;エチレングリ
コール、ジエチレングリコール等の二価アルコール類;
一酸化炭素、二酸化炭素等を挙げることができる。Examples of the oxygen-containing compound include ketones such as acetone, diethyl ketone and benzophenone; alcohols such as methanol, ethanol, propanol and butanol;
Ethers of methyl ether, ethyl ether, ethyl methyl ether, methyl propyl ether, ethyl propyl ether, phenol ether, acetal, cyclic ethers (dioxane, ethylene oxide, etc.); acetone, pinacolin, methyl oxide, aromatic ketones (acetophenone, benzophenone) Ketones such as diketone and cyclic ketone; aldehydes such as formaldehyde, acetaldehyde, butyraldehyde, and benzaldehyde; organic acids such as formic acid, acetic acid, propionic acid, succinic acid, butyric acid, oxalic acid, tartaric acid, and stearic acid; Acid esters such as methyl acetate and ethyl acetate; dihydric alcohols such as ethylene glycol and diethylene glycol;
Examples thereof include carbon monoxide and carbon dioxide.
含窒素化合物としては、例えばトリメチルアミン、ト
リエチルアミンなどのアミン類等を挙げることができ
る。Examples of the nitrogen-containing compound include, for example, amines such as trimethylamine and triethylamine.
また、前記炭素原料として、単体ではないが、消防法
に規定される第4類危険物;ガソリンなどの第1石油
類、ケロシン、テレピン油、しょう脳油、松根油などの
第2石油類、重油などの第3石油類、ギヤー油、シリン
ダー油などの第4石油類などのガスをも使用することが
できる。また前記各種の炭素化合物を混合して使用する
こともできる。As the carbon raw material, although not a simple substance, a fourth class dangerous substance defined by the Fire Services Act; a first petroleum such as gasoline; a second petroleum such as kerosene, turpentine oil, cerebral oil, and pine oil; Gases such as third petroleum such as heavy oil and fourth petroleum such as gear oil and cylinder oil can also be used. Further, the above-mentioned various carbon compounds may be used as a mixture.
これらの炭素原料の中でも、常温で気体または蒸気圧
の高いメタン、エタン、プロパン等のパラフィン系炭化
水素、エチレン、プロピレン等のオレフィン系炭化水
素、あるいはアセトン、ベンゾフェノン等のケトン類、
メタノール、エタノール等のアルコール類、一酸化炭
素、二酸化炭素ガス等の含酸素化合物が好ましい。Among these carbon raw materials, methane, ethane, paraffinic hydrocarbons such as propane, ethylene, olefinic hydrocarbons such as propylene, or ketones such as acetone, benzophenone, etc.
Preferred are alcohols such as methanol and ethanol, and oxygen-containing compounds such as carbon monoxide and carbon dioxide gas.
また、所望により、前記炭素原料とともに、水素ガ
ス、不活性ガス等のキャリヤーガスを用いることもでき
る。If desired, a carrier gas such as a hydrogen gas or an inert gas can be used together with the carbon raw material.
前記炭素源ガスにおける前記第III b族元素の単体お
よび第V b族元素の単体ならびにその化合物の少なくと
も一種(以下、これらをドーパント元素と称することが
ある。)の含有割合は、前記ドーパント元素と前記炭素
原料との割合[(ドーパント元素)/(炭素原料)モル
比]で、通常、10-8〜10-1、好ましくは10-7〜10-1であ
る。この割合が10-8未満であると、充分な導電率を有す
る不純物混入導電性ダイヤモンド類層が形成されないこ
とがある。In the carbon source gas, the content of the simple substance of the group IIIb element and the simple substance of the group Vb element and at least one of the compounds thereof (hereinafter, these may be referred to as dopant elements) is determined by the ratio of the dopant element to the dopant element. The ratio [(dopant element) / (carbon raw material) molar ratio] to the carbon raw material is usually 10 -8 to 10 -1 , preferably 10 -7 to 10 -1 . If the ratio is less than 10 -8 , an impurity-containing conductive diamond layer having sufficient conductivity may not be formed.
一方、10-1を超えると、ダイヤモンド類としての、均
質で良好な電極膜が得られず、たとえば酵素センサー用
電極としての適用が困難になることがある。On the other hand, when it exceeds 10 -1 , a uniform and good electrode film as diamonds cannot be obtained, and for example, application as an electrode for an enzyme sensor may be difficult.
本発明においては、第1図に示すように、前記炭素源
ガスを励起して得られるガスを、基体1に接触させて前
記基体上に不純物混入導電性ダイヤモンド類層2を形成
する。In the present invention, as shown in FIG. 1, a gas obtained by exciting the carbon source gas is brought into contact with a substrate 1 to form an impurity-containing conductive diamond layer 2 on the substrate.
前記炭素源ガスを励起する手段としては、気相法によ
り結晶性ダイヤモンド(非晶性カーボンを含んでいても
良い。)あるいはダイヤモンド状炭素を形成することの
できる方法であれば、特に制限はなく、たとえば直流ま
たは交流アーク放電によりプラズマ分解する方法、高周
波誘電放電によりプラズマ分解する方法、マイクロ波放
電によりプラズマ分解する方法(有磁場−CVD法を含
む。)、光エネルギーにより分解する方法あるいはプラ
ズマ分解をイオン室またはイオン銃で行なわせ、電界に
よりイオンを引き出すイオンビーム法、熱フィラメント
による加熱により熱分解する熱分解法(EACVD法を含
む。)、さらに燃焼炎法、スパッタリング法などのいず
れをも採用することができる。The means for exciting the carbon source gas is not particularly limited as long as it is a method capable of forming crystalline diamond (which may contain amorphous carbon) or diamond-like carbon by a gas phase method. For example, a method of plasma decomposition by DC or AC arc discharge, a method of plasma decomposition by high frequency dielectric discharge, a method of plasma decomposition by microwave discharge (including magnetic field-CVD method), a method of decomposition by light energy, or a method of plasma decomposition Using an ion chamber or an ion gun to extract ions by an electric field, a pyrolysis method (including EACVD method) that thermally decomposes by heating with a hot filament, a combustion flame method, and a sputtering method. Can be adopted.
本発明の方法においては、通常、以下の条件下に反応
が進行して、前記基体に不純物混入導電性ダイヤモンド
類層が形成される。In the method of the present invention, the reaction usually proceeds under the following conditions to form an impurity-containing conductive diamond layer on the substrate.
すなわち、前記基体の表面の温度は、前記炭素源ガス
の励起手段によって異なるので、一概に決定することは
できないが、通常、常温〜1,200℃、好ましくは常温〜
−1,100℃である。That is, since the temperature of the surface of the base varies depending on the means for exciting the carbon source gas, it cannot be unconditionally determined, but is usually from room temperature to 1,200 ° C., preferably from room temperature to 1,200 ° C.
-1,100 ° C.
前記の温度が、常温より低いと、不純物混入ダイヤモ
ンド類層の析出速度が遅くなったり、析出物の均質性が
失われたりする。一方、1,200℃より高くしても、それ
に見合った効果は奏されず、エネルギー効率の点で不利
になるとともに、形成された不純物混入ダイヤモンド類
層がエッチングされてしまうことがある。If the above-mentioned temperature is lower than room temperature, the deposition rate of the diamond layer containing impurities is reduced, or the homogeneity of the precipitate is lost. On the other hand, if the temperature is higher than 1,200 ° C., the effect corresponding thereto is not exhibited, and it is disadvantageous in terms of energy efficiency, and the formed impurity-containing diamond layer may be etched.
反応圧力は、通常、10-6〜103torr、好ましくは10-5t
orr〜800torrである。The reaction pressure is usually 10 -6 to 10 3 torr, preferably 10 -5 t
orr to 800 torr.
反応圧力が10-6torrよりも低いと、不純物混入ダイヤ
モンド類層の成膜速度が遅くなったり、不純物混入ダイ
ヤモンド類層が析出しなくなったりすることがある。If the reaction pressure is lower than 10 -6 torr, the film formation rate of the impurity-containing diamond layer may be reduced, or the impurity-containing diamond layer may not be deposited.
一方、103torrより高くしてもそれに見合った効果は
奏されないことがある。On the other hand, if it is higher than 10 3 torr, the corresponding effect may not be obtained.
また、炭素源ガスを含む原料ガスの合計流量は、通
常、1〜1,000SCCM、好ましくは10〜500SCCMである。The total flow rate of the raw material gas including the carbon source gas is usually 1 to 1,000 SCCM, preferably 10 to 500 SCCM.
反応時間は、前記基体の表面の温度、反応圧力、必要
とする不純物混入ダイヤモンド類層厚などにより相違す
るので一概に決定することはできないが、通常は、10時
間以内とすることができる。The reaction time cannot be determined unequivocally because it varies depending on the temperature of the surface of the substrate, the reaction pressure, the required thickness of the diamond layer containing impurities, and the like, but it can usually be within 10 hours.
−不純物混入導電性ダイヤモンド類電極の形成− このようにして基体1上に不純物含有導電性ダイヤモ
ンド類膜2を積層したら、次にマスキングを施してエッ
チングを行ない、第2図に示す如く基体1上に上記不純
物混入導電性ダイヤモンド類電極3を形成する。-Formation of Impurity-Containing Conductive Diamonds Electrode-After the impurity-containing conductive diamonds film 2 is laminated on the base 1, masking is performed and etching is performed, as shown in FIG. Then, the conductive diamond electrode 3 mixed with impurities is formed.
前記エッチング処理は、不純物混入導電性ダイヤモン
ド類層の表面にマスクを載置し、含酸素エッチングガス
を励起して得られるガスを、前記不純物混入導電性ダイ
ヤモンド類層に接触させることにより、行なう。The etching treatment is performed by placing a mask on the surface of the impurity-containing conductive diamond layer, and bringing a gas obtained by exciting an oxygen-containing etching gas into contact with the impurity-containing conductive diamond layer.
前記含酸素エッチングガスとしては、酸素原子を含有
するものであれば特に制限はなく、たとえば、酸素、空
気、一酸化炭素、二酸化炭素、水、過酸化水素、各種酸
化窒素などの含酸素ガスの他に、水素ガス、ハロゲンガ
ス、窒素ガス、アルゴンガス等の他のガスとの混合ガス
であってもよい。これらの含酸素ガスの中でも、酸素ガ
ス、空気含有ガスが好ましい。The oxygen-containing etching gas is not particularly limited as long as it contains an oxygen atom. For example, oxygen-containing gas such as oxygen, air, carbon monoxide, carbon dioxide, water, hydrogen peroxide, various nitrogen oxides, etc. In addition, a mixed gas with another gas such as a hydrogen gas, a halogen gas, a nitrogen gas, and an argon gas may be used. Among these oxygen-containing gases, oxygen gas and air-containing gas are preferable.
前記含酸素エッチングガスの励起手段には、高周波プ
ラズマ放電法、RFプラズマ放電法、DCプラズマ放電法、
マイクロ波プラズマ放電法など(有磁場放電法を含
む。)を好適に採用することができる。Exciting means of the oxygen-containing etching gas, high-frequency plasma discharge method, RF plasma discharge method, DC plasma discharge method,
A microwave plasma discharge method or the like (including a magnetic field discharge method) can be suitably employed.
前記エッチングガスの反応容器への供給量としては、
通常、1〜1,000SCCM、好ましくは10〜500SCCMである。As the supply amount of the etching gas to the reaction vessel,
Usually, it is 1 to 1,000 SCCM, preferably 10 to 500 SCCM.
なお、前記供給量が、1SCCM未満の場合にはエッチン
グ速度が低下することがあり、1,000SCCMを超える場合
には、エッチングガスの励起手段として、たとえばマイ
クロ波放電を採用するときには、その放電が安定しなく
なることがある。If the supply amount is less than 1 SCCM, the etching rate may decrease.If the supply amount exceeds 1,000 SCCM, for example, when microwave discharge is employed as an etching gas excitation means, the discharge is stable. May not work.
前記不純物混入導電性ダイヤモンド類層の表面の温度
は、通常、常温〜1,200℃である。The temperature of the surface of the impurity-containing conductive diamond layer is usually from room temperature to 1,200 ° C.
反応圧力は、通常、10-6〜103torr、好ましくは10-5
〜800torrである。The reaction pressure is usually 10 -6 to 10 3 torr, preferably 10 -5
~ 800 torr.
なお、この反応圧力が10-6torr未満であると、エッチ
ング速度が低下することがあり、また103torrを超えて
もそれに相当する効果が得られないことがある。If the reaction pressure is less than 10 -6 torr, the etching rate may decrease, and if it exceeds 10 3 torr, the corresponding effect may not be obtained.
前記エッチング処理に要する時間は、前記不純物混入
導電性ダイヤモンド類層の膜厚および反応条件によって
異なるので、一概に規定することはできないが、通常、
5分〜2時間程度にすることができる。The time required for the etching treatment depends on the film thickness and the reaction conditions of the impurity-containing conductive diamond layer, and thus cannot be specified unconditionally.
It can be about 5 minutes to 2 hours.
このように前記不純物混入導電性ダイヤモンド類層に
励起エッチングガスを接触することにより、不純物混入
導電性ダイヤモンド類電極が形成される −酵素含有導電性樹脂層− この酵素含有導電性樹脂層は、たとえばポリピロー
ル、フェロセンポリマー、ポリチオフェン、ポリフラ
ン、ポリアニリン、ポリアセチレン等の導電性樹脂に酵
素を固定してなる。By contacting the impurity-containing conductive diamond layer with the excitation etching gas as described above, an impurity-containing conductive diamond electrode is formed.-Enzyme-containing conductive resin layer- An enzyme is immobilized on a conductive resin such as polypyrrole, ferrocene polymer, polythiophene, polyfuran, polyaniline, and polyacetylene.
前記導電性樹脂は、たとえば、電解重合、酸化重合等
により製造することができる。The conductive resin can be manufactured by, for example, electrolytic polymerization, oxidative polymerization, or the like.
前記酵素としては生化学反応によって種々のものが選
択でき、たとえばフラビン系酵素、ヘム系酵素等を使用
することができ、また、たとえばNADHの酸化反応に触媒
として作用させる場合には、ジアホラーゼが適当であ
る。As the enzyme, various enzymes can be selected by a biochemical reaction.For example, a flavin-based enzyme, a heme-based enzyme, or the like can be used.For example, when the enzyme acts as a catalyst in the oxidation reaction of NADH, diaphorase is suitable. It is.
酵素の固定量は生化学反応の種類、酵素の種類等によ
り一概には決められないが、一般には導電性樹脂の重量
に対し0.01〜10%とするのがよい。The fixed amount of the enzyme cannot be determined unconditionally depending on the type of biochemical reaction, the type of enzyme, and the like, but is generally preferably 0.01 to 10% based on the weight of the conductive resin.
また、導電性樹脂層の厚みについても特に限定はされ
ないが、通常は、0.1〜100μmとするのが適当である。Also, the thickness of the conductive resin layer is not particularly limited, but usually, 0.1 to 100 μm is appropriate.
本発明の酵素センサーは、第3図に示すように気相法
で基体1上に形成した不純物混入導電性ダイヤモンド類
電極3を、酵素含有導電性樹脂層4で被覆してなり、一
対の不純物混入導電性ダイヤモンド類電極間に電圧を印
加しておくと、酵素反応の進行により電流が流れる。し
たがって、この電流を検出することにより、酵素反応の
種類、反応速度等を検出することができる。As shown in FIG. 3, the enzyme sensor of the present invention comprises an impurity-containing conductive diamond electrode 3 formed on a substrate 1 by a vapor phase method and covered with an enzyme-containing conductive resin layer 4. If a voltage is applied between the mixed conductive diamond electrodes, a current flows due to the progress of the enzyme reaction. Therefore, by detecting this current, it is possible to detect the type of the enzyme reaction, the reaction speed, and the like.
[実施例] まず、SiO2基体をマイクロ波プラズマCVD装置の反応
室内に設置した。Example First, an SiO 2 substrate was placed in a reaction chamber of a microwave plasma CVD apparatus.
次いで、この反応室内に原料ガスとしてCOガスを7scc
m、水素ガスを93sccm、Bガス(B2H6、H2を使用。)195
ppmを添加し、反応室内の圧力を40Torr、SiO2基体温度9
00℃の条件下に周波数2.45GHzのマイクロ波電源を350W
に設定した。Next, 7 scc of CO gas was supplied as a raw material gas into the reaction chamber.
m, hydrogen gas 93 sccm, B gas (use B 2 H 6 , H 2 ) 195
ppm, the pressure in the reaction chamber was set to 40 Torr, and the temperature of the SiO 2
350W from 2.45GHz microwave power supply under the condition of 00 ℃
Set to.
この条件でプラズマ処理を30分行なったところ、SiO2
基体上に厚み3,000ÅのB含有導電性ダイヤモンド膜を
形成することができた。When plasma treatment was performed under these conditions for 30 minutes, SiO 2
A B-containing conductive diamond film having a thickness of 3,000 mm was formed on the substrate.
次にマスキングを施してO2によるエッチング処理を行
ない、巾lが5μmのダイヤモンド類電極を形成した。Next, masking was performed and an etching treatment with O 2 was performed to form a diamond electrode having a width 1 of 5 μm.
さらに、この電極を含めてSiO2基体上にジアホラーゼ
を添加したポリピロール膜を被覆せしめ、最後に所定の
配線を施した。Furthermore, a polypyrrole film to which diaphorase was added was coated on the SiO 2 substrate including this electrode, and finally, a predetermined wiring was provided.
得られた酵素センサーを、NADHを含む基質内に設置
し、酵素スイッチとしての評価を行なったところ、NADH
がポリピロール膜中の酵素によりNAD+となった時点でス
イッチがOFFとなった(定常時はON)。The obtained enzyme sensor was placed in a substrate containing NADH, and evaluated as an enzyme switch.
The switch was turned off when NAD + was turned to NAD + by the enzyme in the polypyrrole film (ON during steady state).
以上ダイヤモンド電極を使用した酵素センサーの例に
ついて説明したが、本発明の電極はその優れた特性から
電気化学的分析・試験・計測用等の電極として幅広く使
用することができる。Although an example of an enzyme sensor using a diamond electrode has been described above, the electrode of the present invention can be widely used as an electrode for electrochemical analysis / test / measurement due to its excellent characteristics.
[発明の効果] 本発明の電極は気相法で形成した均質性に優れた不純
物混入導電性ダイヤモンド電極であり、また、酵素セン
サーは、気相法で形成した不純物混入導電性ダイヤモン
ド類電極を介して、酵素含有導電性樹脂層が積層されて
いるため、感度が高く、使用範囲が広く、小型化も容易
で、生体適合性にすぐれている。したがって医療計測分
野に大きな貢献をするものである。[Effects of the Invention] The electrode of the present invention is an impurity-conducting conductive diamond electrode formed by a gas phase method and having excellent homogeneity, and the enzyme sensor uses an impurity-conducting conductive diamond electrode formed by a gas phase method. Since the enzyme-containing conductive resin layer is laminated via the intermediary layer, the sensitivity is high, the range of use is wide, the size is easily reduced, and the biocompatibility is excellent. Therefore, it greatly contributes to the medical measurement field.
第1図〜第3図は、本発明の酵素センサーを得るための
工程を示す。 1……基体、2……不純物混入導電性ダイヤモンド類
層、3……不純物混入導電性ダイヤモンド類電極、4…
…酵素含有導電性樹脂層。1 to 3 show steps for obtaining the enzyme sensor of the present invention. DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Base, 2 ... Impurity-conducting conductive diamond layer, 3 ... Impurity-conducting conductive diamond electrode, 4 ...
... Enzyme-containing conductive resin layer.
Claims (2)
導電性ダイヤモンド類からなる分析・試験・計測用等電
極。An electrode for analysis / test / measurement comprising conductive diamond containing impurities formed on a substrate by a gas phase method.
性ダイヤモンド類電極を、酵素含有導電性樹脂層で被覆
してなることを特徴とする酵素センサー。2. An enzyme sensor comprising an impurity-containing conductive diamond electrode formed on a substrate by a vapor phase method and coated with an enzyme-containing conductive resin layer.
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